中国光刻胶突破：首次合成超5nm分辨率三维成像技术

10月26日传来最新消息，我国在光刻胶技术领域实现重大突破！

科技日报近日报道，北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授团队及其合作者，创新性地将冷冻电镜断层扫描技术引入半导体研究领域。该技术首次实现了光刻胶分子在液相环境中的原位三维结构解析，精准揭示了其微观形貌、界面分布与缠绕行为，为显著减少光刻缺陷的产业化方案开发提供了关键指导。相关研究成果已发表于国际权威期刊《自然·通讯》。

作为推动集成电路芯片制程持续微缩的核心驱动力之一，光刻技术的重要性不言而喻。

通俗来说，光刻胶相当于芯片制造中绘制电路图的"墨水"，其核心功能是将设计好的电路图案精准转移到硅片上。在显影液中溶解曝光区域，完成从掩模版到硅片的图案复刻，这构成了光刻工艺的基础环节。

"显影"作为光刻流程的关键步骤，通过溶解已曝光的光刻胶区域，将掩模版上的电路图形精确复制到硅片表面。

光刻胶在显影液中的动态行为，直接决定了电路图案的转印精度，进而影响芯片生产的良品率。光刻胶性能与光刻机效能需实现完美匹配，方能推动先进制程的技术突破。

长期以来，光刻胶在显影液中的微观运动机理如同"黑匣子"，产业界的工艺优化只能依赖反复试错，这成为制约7纳米及以下先进制程良率提升的主要瓶颈之一。

为攻克这一难题，研究团队开创性地将冷冻电子断层扫描技术应用于半导体领域。研究人员最终成功合成了分辨率优于5纳米的微观三维"全景图谱"，一举突破了传统技术无法实现原位、三维、高分辨率观测的三大技术壁垒。

彭海琳教授表示，冷冻电镜断层扫描技术为在原子/分子尺度解析各类液相界面反应提供了强大工具。深入掌握液体中聚合物的结构与微观行为，将有力推动先进制程中光刻、蚀刻和湿法清洗等关键工艺的缺陷控制与良率提升。

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一般来说，芯片制造流程可划分为五个核心步骤：

1、晶圆制备，构建芯片的"地基"

首先将纯度达99.9999%的高纯硅料制成圆柱形单晶硅棒，再切割成晶圆片。这便构成了芯片的载体基础，所有电路都将在这个基底上构建。

2、晶圆氧化，形成防护层

在晶圆表面高温生长一层二氧化硅薄膜，相当于给地基涂上防护涂层，以防止后续工艺步骤对硅片本身造成损伤。

3、电路图案转印，即光刻工序（此时光刻胶发挥关键作用）

这是最为关键的工序，相当于在基底上绘制电路蓝图，具体包含三个环节：

涂胶：将光刻胶均匀覆盖在氧化层表面；

曝光：通过光刻机对晶圆进行照射，光线经由设计好的掩模版，仅使特定区域的光刻胶发生化学变化；

显影：用显影液去除已发生化学变化的光刻胶，剩余的光刻胶就像"缕空电路模板"，精准覆盖在晶圆表面。

4、电路雕刻，即蚀刻工艺

采用化学或物理方法对晶圆进行微雕：未被光刻胶保护的氧化层将被刻蚀，而被光刻胶覆盖的区域则完整保留，这样就精确雕刻出了电路凹槽。

5、后续加工与封装

在刻蚀出的凹槽中渗入杂质（形成晶体管）、铺设金属线路，最后将晶圆切割成独立芯片单元，经过封装测试后即可投入使用。